(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定個所において振動速度を測定し、得られた振動速度分布図から前記探知対象物の位置を特定する音波を用いた探知方法であって、
音波発信源から音波を照射し、前記被照射体の表面を振動させる工程と、
前記被照射体の表面のｎ箇所（ｎ≧２）の測定個所を、各々、Ｐ1、Ｐ2・・・Ｐx・・Ｐn（ｘは１〜ｎの整数）とし、それらの測定箇所の各々において、照射した音波の周波数がωである場合の前記被照射体の表面の振動速度を測定し、Ｐxにおける前記振動速度をＥx（ω）とする工程と、
前記照射した音波の周波数がωである場合のＰ1〜Ｐnにおける振動速度であるＥ1（ω）〜Ｅn（ω）の平均値をＡ（ω）とし、Ｐxにおける振動速度差の規格値であるＤx（ω）をＤx（ω）＝（Ｅx（ω）−Ａ（ω））／Ｅx（ω）と定義し、周波数（ω）とＤx（ω）との関係をω−Ｄx（ω）図に示す工程と、
ｎ個作成された前記ω−Ｄx（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切り、さらに、各図においてＤx（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、ｎ個の前記ω−Ｄx（ω）図の少なくとも１つにおいてＤx（ω）の値が前記閾値以上である部分を含む周波数区間を抜き出し、抜き出した周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆy-1、終りの周波数（ω）をｆy（ｙは１〜ｍの整数である。）とし、次式（１）によってＧx（ωy）を求める工程と、
【数１】
0005563894.tif 000007
周波数（ω）がｆy-1〜ｆyである場合の、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωy）を、実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置して示す振動速度分布図ｙを作製する工程と、
振動速度分布図ｙ（ｙは１〜ｍの整数）の各々を構成するＧ1（ωy）〜Ｇn（ωy）について、Ｇ1（ωy）〜Ｇn（ωy）の平均値であるＧave（ωy）を求め、Ｇ1（ωy）〜Ｇn（ωy）についてＧave（ωy）の２倍以上のものの個数をＱyとし、２倍以上のものの平均をＧr（ωy）とし、さらにＱyとＧr（ωy）との積を求め、この積が大きい振動速度分布図ｓ（１≦ｓ≦ｍ）を選択し、その振動速度分布図ｓの周波数区間であるｆs-1〜ｆsを特定する工程と、
Ｇ1（ωs）〜Ｇn（ωs）の各々がＧave（ωs）の２倍以上となる測定箇所の振動速度の平均をＢ（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］とし、このＢ（ω）と周波数区間がｆs-1〜ｆsの場合の前記Ａ（ω）とから、相対的な振動速度差の規格値であるＣ（ω）をＣ（ω）＝（Ｂ（ω）−Ａ（ω））／Ｂ（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］と定義し、周波数（ω）とＣ（ω）との関係をω−Ｃ（ω）図に示す工程と、
前記ω−Ｃ（ω）図において、Ｃ（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値とし、Ｃ（ω）における前記閾値以上の部分を構成する周波数区間の各々においてＣ（ω）をωについて積分し、得られた積分値が最も大きい周波数区間を選択し、その周波数区間であるｆt〜ｆuを最適応答周波数帯とする工程と、
を備える探知方法。
【請求項２】
ｎ個作成された前記ω−Ｄx（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切り、さらに、各図においてＤx（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、ｎ個の前記ω−Ｄx（ω）図の少なくとも１つにおいてＤx（ω）の値が前記閾値以上である部分を含む周波数区間を抜き出し、抜き出した周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆy-1、終りの周波数（ω）をｆy（ｙは１〜ｍの整数である。）とし、前記式（１）によってＧx（ωy）を求める工程を、
ｎ個作成された前記ω−Ｄx（ω）図の各々において、Ｄx（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、Ｄx（ω）における前記閾値以上の部分の面積を求め、さらにｎ個作成された前記ω−Ｄx（ω）図の各々について、同一の周波数区間でｍ個に区切り、周波数（ω）がｆy-1〜ｆy（ｙは１〜ｍの整数であり、ｆ0＝０である。）の各周波数区間における前記面積をＧx（ωy）とする工程
に変えた、請求項１に記載の探知方法。
【請求項３】
前記音波がホワイトノイズである、請求項１または２に記載の探知方法。
【請求項４】
前記被照射体の表面の振動速度をレーザ振動計またはレーザ変位計を用いて測定する、請求項１〜３のいずれかに記載の探知方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の探知方法によって求められた最適応答周波数帯から、次式（２）によってＧx（ωz）を求め、さらに、周波数（ω）が最適応答周波数帯（ｆt〜ｆu）である場合の、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωz）を実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置した、振動速度分布図zを作製し、前記被照射体における前記探知対象物の位置を特定する工程を備える探知方法。
【数２】
0005563894.tif 000008
【請求項６】
周波数がｆt〜ｆuに含まれるバースト波を照射して、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωz）を実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置した、振動速度分布図zを作製し、前記被照射体における前記探知対象物の位置を特定する工程である、請求項５に記載の探知方法。
【請求項７】
探知対象物を内部に含む被照射体の表面の複数個所に音波を照射し、その表面における振動速度分布から、前記探知対象物の位置を特定する非接触音響探知システムであって、
前記被照射体の表面を振動させ得る音波を発生させる音響発信源と、
前記被照射体の表面の振動速度を測定する計測器と、
前記被照射体の表面における振動速度分布から前記被照射体における前記探知対象物の位置を特定するために用いる解析装置とを有し、
請求項１〜６のいずれかに記載の探知方法を行うことができる、非接触音響探知システム。
【請求項８】
被照射体の表面を振動させ得る音波を発生させる音響発信源と、
前記被照射体の表面のｎ箇所（ｎ≧２）の測定個所であるＰ1、Ｐ2・・・Ｐx・・Ｐn（ｘは１〜ｎの整数）の各々に、周波数がωの音波を照射し、Ｐxにおける前記振動速度であるＥx（ω）を計測して、Ｅ1（ω）〜Ｅn（ω）を出力する計測器と、
前記計測器から出力されたＥ1（ω）〜Ｅn（ω）を入力し、前記被照射体の表面における振動速度分布から前記被照射体における前記探知対象物の位置を特定する解析装置とを有し、
前記解析装置が、
入力されたＥ1（ω）〜Ｅn（ω）の平均値をＡ（ω）とし、Ｐxにおける振動速度差の規格値であるＤx（ω）をＤx（ω）＝（Ｅx（ω）−Ａ（ω））／Ｅx（ω）と定義し、周波数（ω）とＤx（ω）との関係をω−Ｄx（ω）図として表示部に表示する処理と、
ｎ個作成された前記ω−Ｄx（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切り、さらに、各図においてＤx（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、ｎ個の前記ω−Ｄx（ω）図の少なくとも１つにおいてＤx（ω）の値が前記閾値以上である部分を含む周波数区間を抜き出し、抜き出した周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆy-1、終りの周波数（ω）をｆy（ｙは１〜ｍの整数である。）とし、前記式（１）によってＧx（ωy）を求める処理と、
周波数（ω）がｆy-1〜ｆyである場合の、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωy）を、実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置して示す振動速度分布図ｙを作製し表示部に表示する処理と、
振動速度分布図ｙ（ｙは１〜ｍの整数）の各々を構成するＧ1（ωy）〜Ｇn（ωy）について、Ｇ1（ωy）〜Ｇn（ωy）の平均値であるＧave（ωy）を求め、Ｇ1（ωy）〜Ｇn（ωy）についてＧave（ωy）の２倍以上のものの個数をＱyとし、２倍以上のものの平均をＧr（ωy）とし、さらにＱyとＧr（ωy）との積を求め、この積が大きい振動速度分布図ｓ（１≦ｓ≦ｍ）を選択し、その振動速度分布図ｓの周波数区間であるｆs-1〜ｆsを特定する処理と、
Ｇ1（ωs）〜Ｇn（ωs）の各々がＧave（ωs）の２倍以上となる測定箇所の振動速度の平均をＢ（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］とし、このＢ（ω）と周波数区間がｆs-1〜ｆsの場合の前記Ａ（ω）とから、相対的な振動速度差の規格値であるＣ（ω）をＣ（ω）＝（Ｂ（ω）−Ａ（ω））／Ｂ（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］と定義し、周波数（ω）とＣ（ω）との関係をω−Ｃ（ω）図として表示部に表示する処理と、
前記ω−Ｃ（ω）図において、Ｃ（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値とし、Ｃ（ω）における前記閾値以上の部分を構成する周波数区間の各々においてＣ（ω）をωについて積分し、得られた積分値が最も大きい周波数区間を選択し、その周波数区間であるｆt〜ｆuを最適応答周波数帯とする処理とを行う、
請求項７に記載の非接触音響探知システム。
【請求項９】
前記式（２）によってＧx（ωz）を求め、さらに、周波数（ω）が最適応答周波数帯（ｆt〜ｆu）である場合の、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωz）を実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置した、振動速度分布図ｚを作製し、表示部に表示し、前記被照射体における前記探知対象物の位置を特定する処理を前記解析装置がさらに行う、請求項７または８に記載の非接触音響探知システム。
【請求項１０】
前記音響発信源から発生させ被照射体の表面を振動させ得る音波が、周波数がｆt〜ｆuに含まれるバースト波である、請求項７〜９のいずれかに記載の非接触音響探知システム。
【請求項１１】
探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定個所において振動速度を測定し、得られた振動速度分布図から前記探知対象物の位置を特定する処理を、コンピュータを含む非接触音響探知システムに行わせるためのプログラムであって、
音波発信源から音波を照射し、前記被照射体の表面を振動させ、前記被照射体の表面のｎ箇所（ｎ≧２）の測定個所を、各々、Ｐ1、Ｐ2・・・Ｐx・・Ｐn（ｘは１〜ｎの整数）とし、それらの測定箇所の各々において、照射した音波の周波数がωである場合の前記被照射体の表面の振動速度を測定し、Ｐxにおける前記振動速度をＥx（ω）とし、Ｅx（ω）を計測した計測器から与えられたＥ1（ω）〜Ｅn（ω）の平均値をＡ（ω）とし、Ｐxにおける振動速度差の規格値であるＤx（ω）をＤx（ω）＝（Ｅx（ω）−Ａ（ω））／Ｅx（ω）と定義し、周波数（ω）とＤx（ω）との関係をω−Ｄx（ω）図として表示部に表示する処理と、
ｎ個作成された前記ω−Ｄx（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切り、さらに、各図においてＤx（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、ｎ個の前記ω−Ｄx（ω）図の少なくとも１つにおいてＤx（ω）の値が前記閾値以上である部分を含む周波数区間を抜き出し、抜き出した周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆy-1、終りの周波数（ω）をｆy（ｙは１〜ｍの整数である。）とし、前記式（１）によってＧx（ωy）を求める処理と、
周波数（ω）がｆy-1〜ｆyである場合の、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωy）を、実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置して示す振動速度分布図yを作製し表示部に表示する処理と、
振動速度分布図ｙ（ｙは１〜ｍの整数）の各々を構成するＧ1（ωy）〜Ｇn（ωy）について、Ｇ1（ωy）〜Ｇn（ωy）の平均値であるＧave（ωy）を求め、Ｇ1（ωy）〜Ｇn（ωy）についてＧave（ωy）の２倍以上のものの個数をＱyとし、２倍以上のものの平均をＧr（ωy）とし、さらにＱyとＧr（ωy）との積を求め、この積が大きい振動速度分布図ｓ（１≦ｓ≦ｍ）を選択し、その振動速度分布図ｓの周波数区間であるｆs-1〜ｆsを特定する処理と、
Ｇ1（ωs）〜Ｇn（ωs）の各々がＧave（ωs）の２倍以上となる測定箇所の振動速度の平均をＢ（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］とし、このＢ（ω）と周波数区間がｆs-1〜ｆsの場合の前記Ａ（ω）とから、相対的な振動速度差の規格値であるＣ（ω）をＣ（ω）＝（Ｂ（ω）−Ａ（ω））／Ｂ（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］と定義し、周波数（ω）とＣ（ω）との関係をω−Ｃ（ω）図として表示部に表示する処理と、
前記ω−Ｃ（ω）図において、Ｃ（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値とし、Ｃ（ω）における前記閾値以上の部分を構成する周波数区間の各々においてＣ（ω）をωについて積分し、得られた積分値が最も大きい周波数区間を選択し、その周波数区間であるｆt〜ｆuを最適応答周波数帯とする処理とを、コンピュータを含む非接触音響探知システムに行わせるためのプログラム。
【請求項１２】
前記式（２）によってＧx（ωz）を求め、さらに、周波数（ω）が最適応答周波数帯（ｆt〜ｆu）である場合の、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωz）を実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置した、振動速度分布図ｚを作製し、表示部に表示し、前記被照射体における前記探知対象物の位置を特定する処理を、コンピュータを含む非接触音響探知システムに行わせるための、請求項１１に記載のプログラム。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音波を用いた探知方法、非接触音響探知システム、そのシステムで用いるプログラム、およびそのプログラムを記録した記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
音波を照射し、それによる物体の表面の振動等を検出して、その内部の構造を把握する方法等が、従来、いくつか提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、スピーカー等を用いて音を照射してコンクリート構造物にたわみ振動を励起し、レーザ変位計やレーザドップラー振動計を用いてたわみ振動を検出し、たわみ振動の振動数と振幅から、コンクリート構造物の内部の空洞の位置を特定する検査方法が記載されている。また、これに関連する方法および装置が、特許文献２〜６および非特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６９３０１号公報
【特許文献２】特開２００１−２６４３０２号公報
【特許文献３】特開２００２−１６８８４１号公報
【特許文献４】特開２００２−２２８６４２号公報
【特許文献５】特開平８−２４８００６号公報
【特許文献６】特開平４−８３１５６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】James M.Sabatier、Ning Xiang、「An Investigation ofAcoustic-to-Seismic Coupling to Detect Buried Antitank Landmines」,IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING,VOL.39,NO.6,JUNE2001,p.1146-1154
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来法では、コンクリート構造物の内部の空洞等の探知対象物の位置を正確に把握することができなかった。
本発明は、探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定個所において振動速度を測定し、得られた振動速度分布図から前記探知対象物の位置を特定する音波を用いた探知方法であって、探知対象物の位置を正確に把握することができる探知方法を提供することを目的とする。また、その探知方法を行うことができるシステムを提供することを目的とする。また、そのシステムで用いるプログラムを提供することを目的とする。また、そのプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は鋭意検討し、上記課題を解決する方法を見出し、本発明を完成させた。
本発明は次の（i）〜（xiii）である。
（i）探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定個所において振動速度を測定し、得られた振動速度分布図から前記探知対象物の位置を特定する音波を用いた探知方法であって、
音波発信源から音波を照射し、前記被照射体の表面を振動させる工程と、
前記被照射体の表面のn箇所（n≧２）の測定個所を、各々、Ｐ1、Ｐ2・・・Ｐx・・Ｐn（xは１〜nの整数）とし、それらの測定箇所の各々において、照射した音波の周波数がωである場合の前記被照射体の表面の振動速度を測定し、Ｐxにおける前記振動速度をＥx（ω）とする工程と、
前記照射した音波の周波数がωである場合のＰ1〜Ｐnにおける振動速度であるＥ1（ω）〜Ｅn（ω）の平均値をＡ（ω）とし、Ｐxにおける振動速度差の規格値であるＤx（ω）をＤx（ω）＝（Ｅx（ω）−Ａ（ω））／Ｅx（ω）と定義し、周波数（ω）とＤx（ω）との関係をω−Ｄx（ω）図に示す工程と、
n個作成された前記ω−Ｄx（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切り、さらに、各図においてＤx（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、n個の前記ω−Ｄx（ω）図の少なくとも１つにおいてＤx（ω）の値が前記閾値以上である部分を含む周波数区間を抜き出し、抜き出した周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆy-1、終りの周波数（ω）をｆy（yは１〜mの整数である。）とし、次式（１）によってＧx（ωy）を求める工程と、
【数１】
0005563894.tif 000002
周波数（ω）がｆy-1〜ｆyである場合の、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωy）を、実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置して示す振動速度分布図yを作製する工程と、
振動速度分布図y（yは１〜mの整数）の各々を構成するＧ1（ωy）〜Ｇn（ωy）について、Ｇ1（ωy）〜Ｇn（ωy）の平均値であるＧave（ωy）を求め、Ｇ1（ωy）〜Ｇn（ωy）についてＧave（ωy）の２倍以上のものの個数をＱyとし、２倍以上のものの平均をＧr（ωy）とし、さらにＱyとＧr（ωy）との積を求め、この積が大きい振動速度分布図s（１≦s≦m）を選択し、その振動速度分布図sの周波数区間であるｆs-1〜ｆsを特定する工程と、
Ｇ1（ωs）〜Ｇn（ωs）の各々がＧave（ωs）の２倍以上となる測定箇所の振動速度の平均をＢ（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］とし、このＢ（ω）と周波数区間がｆs-1〜ｆsの場合の前記Ａ（ω）とから、相対的な振動速度差の規格値であるＣ（ω）をＣ（ω）＝（Ｂ（ω）−Ａ（ω））／Ｂ（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］と定義し、周波数（ω）とＣ（ω）との関係をω−Ｃ（ω）図に示す工程と、
前記ω−Ｃ（ω）図において、Ｃ（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値とし、Ｃ（ω）における前記閾値以上の部分を構成する周波数区間の各々においてＣ（ω）をωについて積分し、得られた積分値が最も大きい周波数区間を選択し、その周波数区間であるｆt〜ｆuを最適応答周波数帯とする工程と、
を備える探知方法。
（ii）n個作成された前記ω−Ｄx（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切り、さらに、各図においてＤx（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、n個の前記ω−Ｄx（ω）図の少なくとも１つにおいてＤx（ω）の値が前記閾値以上である部分を含む周波数区間を抜き出し、抜き出した周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆy-1、終りの周波数（ω）をｆy（yは１〜mの整数である。）とし、前記式（１）によってＧx（ωy）を求める工程を、
n個作成された前記ω−Ｄx（ω）図の各々において、Ｄx（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、Ｄx（ω）における前記閾値以上の部分の面積を求め、さらにn個作成された前記ω−Ｄx（ω）図の各々について、同一の周波数区間でm個に区切り、周波数（ω）がｆy-1〜ｆy（yは１〜mの整数であり、ｆ0＝０である。）の各周波数区間における前記面積をＧx（ωy）とする工程
に変えた、上記（i）に記載の探知方法。
（iii）前記音波がホワイトノイズである、上記（i）または（ii）に記載の探知方法。
（iv）前記被照射体の表面の振動速度をレーザ振動計またはレーザ変位計を用いて測定する、上記（i）〜（iii）のいずれかに記載の探知方法。
（v）上記（i）〜（iv）のいずれかに記載の探知方法によって求められた最適応答周波数帯から、次式（２）によってＧx（ωz）を求め、さらに、周波数（ω）が最適応答周波数帯（ｆt〜ｆu）である場合の、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωz）を実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置した、振動速度分布図zを作製し、前記物体における前記探知対象物の位置を特定する工程を備える探知方法。
【数２】
0005563894.tif 000003
（vi）周波数がｆt〜ｆuに含まれるバースト波を照射して、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωz）を実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置した、振動速度分布図zを作製し、前記物体における前記探知対象物の位置を特定する工程である、上記（v）に記載の探知方法。
（vii）探知対象物を内部に含む被照射体の表面の複数個所に音波を照射し、その表面における振動速度分布から、前記探知対象物の位置を特定する非接触音響探知システムであって、
前記被照射体の表面を振動させ得る音波を発生させる音響発信源と、
前記被照射体の表面の振動速度を測定する計測器と、
前記被照射体の表面における振動速度分布から前記被照射体における前記探知対象物の位置を特定するために用いる解析装置とを有し、
上記（i）〜（vi）のいずれかに記載の探知方法を行うことができる、非接触音響探知システム。
（viii）被照射体の表面を振動させ得る音波を発生させる音響発信源と、
前記被照射体の表面のn箇所（n≧２）の測定個所であるＰ1、Ｐ2・・・Ｐx・・Ｐn（xは１〜nの整数）の各々に、周波数がωの音波を照射し、Ｐxにおける前記振動速度であるＥx（ω）を計測して、Ｅ1（ω）〜Ｅn（ω）を出力する計測器と、
前記計測器から出力されたＥ1（ω）〜Ｅn（ω）を入力し、前記被照射体の表面における振動速度分布から前記被照射体における前記探知対象物の位置を特定する解析装置とを有し、
前記解析装置が、
入力されたＥ1（ω）〜Ｅn（ω）の平均値をＡ（ω）とし、Ｐxにおける振動速度差の規格値であるＤx（ω）をＤx（ω）＝（Ｅx（ω）−Ａ（ω））／Ｅx（ω）と定義し、周波数（ω）とＤx（ω）との関係をω−Ｄx（ω）図として表示部に表示する処理と、
n個作成された前記ω−Ｄx（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切り、さらに、各図においてＤx（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、n個の前記ω−Ｄx（ω）図の少なくとも１つにおいてＤx（ω）の値が前記閾値以上である部分を含む周波数区間を抜き出し、抜き出した周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆy-1、終りの周波数（ω）をｆy（yは１〜mの整数である。）とし、前記式（１）によってＧx（ωy）を求める処理と、
周波数（ω）がｆy-1〜ｆyである場合の、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωy）を、実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置して示す振動速度分布図yを作製し表示部に表示する処理と、
振動速度分布図y（yは１〜mの整数）の各々を構成するＧ1（ωy）〜Ｇn（ωy）について、Ｇ1（ωy）〜Ｇn（ωy）の平均値であるＧave（ωy）を求め、Ｇ1（ωy）〜Ｇn（ωy）についてＧave（ωy）の２倍以上のものの個数をＱyとし、２倍以上のものの平均をＧr（ωy）とし、さらにＱyとＧr（ωy）との積を求め、この積が大きい振動速度分布図s（１≦s≦m）を選択し、その振動速度分布図sの周波数区間であるｆs-1〜ｆsを特定する処理と、
Ｇ1（ωs）〜Ｇn（ωs）の各々がＧave（ωs）の２倍以上となる測定箇所の振動速度の平均をＢ（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］とし、このＢ（ω）と周波数区間がｆs-1〜ｆsの場合の前記Ａ（ω）とから、相対的な振動速度差の規格値であるＣ（ω）をＣ（ω）＝（Ｂ（ω）−Ａ（ω））／Ｂ（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］と定義し、周波数（ω）とＣ（ω）との関係をω−Ｃ（ω）図として表示部に表示する処理と、
前記ω−Ｃ（ω）図において、Ｃ（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値とし、Ｃ（ω）における前記閾値以上の部分を構成する周波数区間の各々においてＣ（ω）をωについて積分し、得られた積分値が最も大きい周波数区間を選択し、その周波数区間であるｆt〜ｆuを最適応答周波数帯とする処理とを行う、
上記（vii）に記載の非接触音響探知システム。
（ix）前記式（２）によってＧx（ωz）を求め、さらに、周波数（ω）が最適応答周波数帯（ｆt〜ｆu）である場合の、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωz）を実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置した、振動速度分布図zを作製し、表示部に表示し、前記物体における前記探知対象物の位置を特定する処理を前記解析装置がさらに行う、上記（vii）または（viii）に記載の非接触音響探知システム。
（x）前記音響発信源から発生させ被照射体の表面を振動させ得る音波が、周波数がｆt〜ｆuに含まれるバースト波である、上記（vii）〜（ix）のいずれかに記載の非接触音響探知システム。
（xi）探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定個所において振動速度を測定し、得られた振動速度分布図から前記探知対象物の位置を特定する処理を、コンピュータを含む非接触音響探知システムに行わせるためのプログラムであって、
音波発信源から音波を照射し、前記被照射体の表面を振動させ、前記被照射体の表面のn箇所（n≧２）の測定個所を、各々、Ｐ1、Ｐ2・・・Ｐx・・Ｐn（xは１〜nの整数）とし、それらの測定箇所の各々において、照射した音波の周波数がωである場合の前記被照射体の表面の振動速度を測定し、Ｐxにおける前記振動速度をＥx（ω）とし、Ｅx（ω）を計測した計測器から与えられたＥ1（ω）〜Ｅn（ω）の平均値をＡ（ω）とし、Ｐxにおける振動速度差の規格値であるＤx（ω）をＤx（ω）＝（Ｅx（ω）−Ａ（ω））／Ｅx（ω）と定義し、周波数（ω）とＤx（ω）との関係をω−Ｄx（ω）図として表示部に表示する処理と、
n個作成された前記ω−Ｄx（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切り、さらに、各図においてＤx（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、n個の前記ω−Ｄx（ω）図の少なくとも１つにおいてＤx（ω）の値が前記閾値以上である部分を含む周波数区間を抜き出し、抜き出した周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆy-1、終りの周波数（ω）をｆy（yは１〜mの整数である。）とし、前記式（１）によってＧx（ωy）を求める処理と、
周波数（ω）がｆy-1〜ｆyである場合の、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωy）を、実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置して示す振動速度分布図yを作製し表示部に表示する処理と、
振動速度分布図y（yは１〜mの整数）の各々を構成するＧ1（ωy）〜Ｇn（ωy）について、Ｇ1（ωy）〜Ｇn（ωy）の平均値であるＧave（ωy）を求め、Ｇ1（ωy）〜Ｇn（ωy）についてＧave（ωy）の２倍以上のものの個数をＱyとし、２倍以上のものの平均をＧr（ωy）とし、さらにＱyとＧr（ωy）との積を求め、この積が大きい振動速度分布図s（１≦s≦m）を選択し、その振動速度分布図sの周波数区間であるｆs-1〜ｆsを特定する処理と、
Ｇ1（ωs）〜Ｇn（ωs）の各々がＧave（ωs）の２倍以上となる測定箇所の振動速度の平均をＢ（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］とし、このＢ（ω）と周波数区間がｆs-1〜ｆsの場合の前記Ａ（ω）とから、相対的な振動速度差の規格値であるＣ（ω）をＣ（ω）＝（Ｂ（ω）−Ａ（ω））／Ｂ（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］と定義し、周波数（ω）とＣ（ω）との関係をω−Ｃ（ω）図として表示部に表示する処理と、
前記ω−Ｃ（ω）図において、Ｃ（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値とし、Ｃ（ω）における前記閾値以上の部分を構成する周波数区間の各々においてＣ（ω）をωについて積分し、得られた積分値が最も大きい周波数区間を選択し、その周波数区間であるｆt〜ｆuを最適応答周波数帯とする処理とを、コンピュータを含む非接触音響探知システムに行わせるためのプログラム。
(xii)前記式（２）によってＧx（ωz）を求め、さらに、周波数（ω）が最適応答周波数帯（ｆt〜ｆu）である場合の、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωz）を実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置した、振動速度分布図zを作製し、表示部に表示し、前記物体における前記探知対象物の位置を特定する処理を、コンピュータを含む非接触音響探知システムに行わせるための、上記（xi）に記載のプログラム。
（xiii）上記（xi）または（xii）に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定個所において振動速度を測定し、得られた振動速度分布図から前記探知対象物の位置を特定する音波を用いた探知方法であって、探知対象物の位置を正確に把握することができる探知方法を提供することができる。また、その探知方法を行うことができる非接触音響探知システムを提供することができる。また、そのシステムで用いるプログラムを提供することができる。また、そのプログラムを記録した記録媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の非接触音響探知システムの好適態様を示す概略図である。
【図２】図１における被照射体１の表面および２つの音響発信源１１を上側から見た概略図である。
【図３】図３（ａ）はＰkにおけるωと振動速度Ｅk（ω）との関係図（実例）であり、図３（ｂ）はω−Ｄk（ω）の関係図（実例）である。
【図４】図３（ｂ）の実例を、概略概念図として示した図である。
【図５】Ｇx（ωy）の配置図のy＝１の場合の例である。
【図６】ω−Ｃ（ω）の関係の概略概念図である。
【図７】実施例における実験セットアップ図である。
【図８】実施例で用いた埋設物（探知対象物）を示す図である。
【図９】中空プラスチック容器埋設時の、２００Hz刻みの範囲内で０から８００Hzまで映像化した結果の図である。
【図１０】実施例における輝度映像例である。
【図１１】実施例における最適周波数範囲での映像化結果である。
【図１２】埋設物（探知対象物）が中空プラスチック容器の場合の輝度映像化結果、埋設位置、最適周波数帯の映像化結果である。
【図１３】埋設物（探知対象物）が砂糖を詰めたプラスチック容器の場合の輝度映像化結果、埋設位置、最適周波数帯の映像化結果である。
【図１４】埋設物（探知対象物）が素焼き鉢の場合の輝度映像化結果、埋設位置、最適周波数帯の映像化結果である。
【図１５】埋設物（探知対象物）が石の場合の輝度映像化結果、埋設位置、最適周波数帯の映像化結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明について説明する。
本発明は探知方法、非接触音響探知システム、そのシステムで用いるプログラム、およびそのプログラムを記録した記録媒体（コンパクトディスク（ＣＤ）やフレキシブルディスク（ＦＤ）など）であり、本発明の探知方法および本発明の非接触音響探知システムによれば、被照射体の内部の探知対象物の位置を正確に把握することができる。被照射体としては、例えば、コンクリート構造物、地面（土、砂、石、アスファルト等）、木、液体、人体が挙げられる。具体的には、本発明の探知方法および本発明の非接触音響探知システムによれば、例えば、地面に埋められている地雷の位置を正確に把握することができる。この場合、地雷が探知対象物である。また、コンクリート構造物の内部の欠陥部の位置を正確に把握することができる。この場合、欠陥部が探知対象物である。また、人体の内部に存在する腫瘍等の位置を正確に把握することができる。この場合、腫瘍等が探知対象物である。また、各種製品等の内部の欠陥部の位置を正確に把握することができる（すなわち、非破壊検査することができる）。この場合、欠陥部が探知対象物である。また、池、海、湖等の液面の近くに位置する探知対象物（周囲の液体と音響インピーダンスが異なる物体）の位置を正確に把握することができる。
【００１１】
本発明の探知方法は、探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面における振動速度分布から、前記探知対象物の位置を特定する非接触音響探知システムである本発明の非接触音響探知システムによって実現することが好ましい。本発明の非接触音響探知システムは、前記被照射体の表面を振動させ得る音波を発生させる音響発信源と、前記被照射体の表面の振動速度を測定する計測器と、前記被照射体の表面における振動速度分布から、前記被照射体における前記探知対象物の位置を特定する解析装置とを有し、前記解析装置によって特定の情報処理を行うことができる。本発明の非接触音響探知システムとして、具体的には、例えば図１に示す装置が挙げられる。
【００１２】
図１は、被照射体１の表面を振動させ得る音波を発生させる２つの音響発信源１１、１１と、被照射体１の表面の振動速度を測定する計測器１３と、被照射体１の表面における振動速度分布から被照射体１の内部の探知対象物３の位置を特定するために用いる解析装置１５１を含むコンピュータ１５とを有する装置１０を示す概略図である。図１に示す装置１０は、さらに、任意波形発生装置１７およびアンプ１９を有しており、加えて、コンピュータ１５は制御装置１５２および表示部１５３を含んでおり、制御装置１５２によって任意波形発生装置１７を制御して、所望の周波数の音波を２つの音響発信源１１、１１から発生することができる。任意波形発生装置１７が発生するトリガ信号に制御装置１５２を同期させて計測することもできる。表示部１５３には、後に説明するω−Ｄx（ω）図、振動速度分布図y、ω−Ｃ（ω）図、振動速度分布図zを表示することができる。なお、表示部１５３は複数存在していて、各図を表示するものであってもよい。また、複数の図を１つの表示部１５３に表示してもよい。表示部とはディスプレイ画面等を意味する。
【００１３】
図１に示す本発明の非接触音響探知システム（装置１０）において、音響発信源１１はフラットスピーカであり、図１に示すように２つのフラットスピーカを向い合せ、被照射体１の表面に対して２０°傾けて（フラットスピーカ面と被照射体１の表面とのなす角度が７０°となるように）配置している。このように傾けて配置するとフラットスピーカから発生する空中放射音波から地中内への第２種縦波に変換される割合が大きくなるので好ましい。第２種縦波は、被照射体の表面が砂や土からなる多孔質な面の場合、その表面を好ましく振動させることができる。
なお、本発明の非接触音響探知システムにおいて音響発信源の数やスピーカの角度等は特に限定されない。
【００１４】
音響発信源はフラットスピーカの他、パラメトリックスピーカも好ましく用いることができ、また、具体的に、アメリカンテクノロジー社製のＬＲＡＤ（登録商標）を好ましく用いることができる。また、ラウドスピーカを用いることもできるが、この場合は、音響発信源と被照射体との距離を比較的近くする。その他に用いることができる音響発信源としては、パルスレーザ、高圧ガスガン、衝撃波管が挙げられる。
【００１５】
また、音響発信源から被照射体へ照射される音波は、所望の周波数（ω）に調整することができ、かつ、被照射体の表面をその振動速度が計測器によって測定できる程度に、表面に平行方向ではない方向（好ましくは、表面に垂直方向）へ振動させることができる音波であればよく、空気中で振動振幅が減衰し難い可聴帯域の音波（音響波）が好ましい。なお、超音波は用い難い。超音波は空気中で振動振幅の減衰が大きいからである。
また、被照射体の共振周波数帯が不明な場合には、音響発信源から被照射体へ照射される音波は、ホワイトノイズであることが好ましい。全ての周波数を含んでいるからである。
【００１６】
図１に示す本発明の非接触音響探知システム（装置１０）において、計測器１３はレーザドップラー振動計であり、レーザ１３１を被照射体１に照射して、その表面の振動速度を測定することができる。得られた振動速度のデータは解析装置１５１で解析するために用いられる。
なお、本発明の非接触音響探知システムにおいて計測器は、被照射体の表面の振動速度を非接触で測定できるものであれば特に限定されず、例えばレーザ変位計を用いることができ、レーザドップラー振動計であることが好ましい。被照射体と計測器とが比較的離れていても、被照射体の表面の振動を正確に測定することができるからである。
また、１度に１点の振動計測が可能なシングルレーザタイプのレーザ振動計を用いることは可能であるが、スキャニングレーザタイプのレーザ振動計を用いることが好ましい。スキャニング振動計であるレーザドップラー振動計としては、具体的に、ポリテックジャパン社製のＰＳＶ４００−Ｈ８が挙げられる。このレーザドップラー振動計は解析装置の一部および制御装置を含むものである。
【００１７】
図１に示す本発明の非接触音響探知システム（装置１０）において、解析装置１５１は、被照射体１における探知対象物３の位置を特定するための特定の情報処理を行うことができるものであれば特に限定されない。この特定の情報処理は本発明の探知方法および本発明のプログラムが備えるものであり、後に詳細に説明する。例えば、この解析装置自体に対象面上でスキャンされた周波数毎の速度振幅データが蓄積されていき、後の解析時に利用される。
【００１８】
図１に示す本発明の非接触音響探知システム（装置１０）において、任意波形発生装置１７は、制御装置１５２の指令によって所望の周波数の音波を音響発信源１１から発生させることができる装置である。例えば、ノイズ波やバースト波を発生可能な市販のファンクションジェネレータ等を用いることができる。送信する音波の波形は通常この任意波形発生装置により制御することができる。通常は簡単のために手動で制御するが、解析装置側から制御するようにシステムを構成することも可能である。任意波形発生装置１７が発生するトリガ信号に制御装置１５２を同期させて計測することもできる。
また、アンプ１９は特に限定されず、例えば、市販オーディオアンプ等を用いることができる。
【００１９】
次に、本発明の探知方法について説明する。
なお、本発明のプログラムは、本発明の探知方法と同様の内容であるので、以下では主に本発明の探知方法について説明する。
本発明の探知方法は、探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定個所において振動速度を測定し、得られた振動速度分布図から前記探知対象物の位置を特定する音波を用いた探知方法であって、音波発信源から音波を照射し、前記被照射体の表面を振動させる工程を備える。この工程は、例えば前述の本発明の非接触音響探知システムを用い、音響発信源から被照射体へホワイトノイズを照射して行うことができる。本発明の非接触音響探知システムはコンピュータに本発明のプログラムをインストールしたものを含むことが好ましい。
また、本発明の探知方法は、さらに、以下に説明する特定の情報処理を行う各工程を備える。
【００２０】
本発明の探知方法は、特定の情報処理を行う工程として、前記被照射体の表面のn箇所（n≧２）の測定個所を、各々、Ｐ1、Ｐ2・・・Ｐx・・Ｐn（xは１〜nの整数）とし、それらの測定箇所の各々において、照射した音波の周波数がωである場合の前記被照射体の表面の振動速度を測定し、Ｐxにおける前記振動速度をＥx（ω）とする工程を備える。
【００２１】
この工程について、図２を用いて具体的に説明する。
図２は、図１における被照射体１の表面および２つの音響発信源１１を上側（計測器１３が存在する側）から見た図である。
図２においてn箇所の測定箇所は碁盤の目状に配置されており、図２に示すように、左下から右上へ向かってＰ1、Ｐ2、Ｐ3・・・・Ｐx-1、Ｐx、Ｐx+1・・・Ｐn-2、Ｐn-1、Ｐnと付されている。ただし、本発明の探知方法において測定箇所の配置は特に限定されず、例えばランダムに配置されていてもよい。
そして、n箇所の測定箇所の各々において、音響発信源１１から照射した音波の周波数がωである場合の被照射体１の表面の振動速度を測定する。ここで、照射した音波の周波数がωである場合のＰx（xは１〜nの整数）における前記振動速度をＥx（ω）とする。すなわち、各測定箇所におけるωと振動速度Ｅx（ω）との関係を把握する。ωと振動速度Ｅx（ω）との関係を図に表すと、例えば図３（ａ）のようになる。図３（ａ）は、ある測定箇所であるＰk（ここでkは１〜nの中のいずれか特定の整数）におけるωと振動速度Ｅk（ω）との関係図である。なお、図３（ａ）には振動速度Ｅ1（ω）〜Ｅn（ω）の平均値であるＡ（ω）も示されている。
振動速度の測定は、例えば前述の本発明の非接触音響探知システムを用い、レーザドップラー振動計などのレーザ変位計によって行うことができる。
【００２２】
次に、本発明の探知方法は、特定の情報処理を行う工程として、前記照射した音波の周波数がωである場合のＰ1〜Ｐnにおける振動速度であるＥ1（ω）〜Ｅn（ω）の平均値をＡ（ω）とし、Ｐxにおける振動速度差の規格値であるＤx（ω）をＤx（ω）＝（Ｅx（ω）−Ａ（ω））／Ｅx（ω）と定義し、周波数（ω）とＤx（ω）との関係をω−Ｄx（ω）図に示す工程を備える。
なお、本発明の非接触音響探知システムでは、ω−Ｄx（ω）図を表示部（ディスプレイ等）に表示することができる。また、本発明のプログラムでは、ω−Ｄx（ω）図を表示部（ディスプレイ等）に表示する。
【００２３】
この工程について、図３を用いて具体的に説明する。
図３（ａ）には、上記のＥk（ω）の他に、各測定箇所Ｐ1〜Ｐnにおける振動速度Ｅ1（ω）〜Ｅn（ω）の平均であるＡ（ω）の実例が示されている。
そして、振動速度Ｅ1（ω）〜Ｅn（ω）およびＡ（ω）を用いて、Ｄx（ω）＝（Ｅx（ω）−Ａ（ω））／Ｅx（ω）を求める。Ｄx（ω）は、Ｐxにおける振動速度差の規格値である。周波数によっては、振動速度の値自体は小さくても平均値との差が大きい場合があり、周波数毎に各測定箇所の振動速度の値で割り算を行って、平均値との相対的な差が明確になるように規格化を行う。規格化により求められた規格値であるＤx（ω）は、１を最大値とし、平均振動速度Ａ（ω）との相対的な振動速度差を意味する。
図３（ｂ）は、ある測定箇所であるＰk（ここでkは１〜nの中のいずれか特定の整数）におけるωとＤk（ω）との関係図の実例である。ω−Ｄx（ω）図は、測定箇所の数だけ（すなわちn個）作成することができる。
なお、図３（ｂ）における直線２０は、次の工程の説明において詳細に述べる閾値を示す直線である。
【００２４】
次に、本発明の探知方法は、特定の情報処理を行う工程として、n個作成された前記ω−Ｄx（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切り、さらに、各図においてＤx（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、n個の前記ω−Ｄx（ω）図の少なくとも１つにおいてＤx（ω）の値が前記閾値以上である部分を含む周波数区間を抜き出し、抜き出した周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆy-1、終りの周波数（ω）をｆy（yは１〜mの整数である。）とし、後述する式（１）によってＧx（ωy）を求める工程を備える。
【００２５】
この工程について、図４を用いて具体的に説明する。
図４は、図３（ｂ）の実例を、概略概念図として示した図である。すなわち、ある測定箇所であるＰk（ここでkは１〜nの中のいずれか特定の整数）におけるωとＤk（ω）との関係図である。
この工程では、n個作成された図４に示すようなω−Ｄx（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切る。例えば、２００〜４００Hzの周波数区間と、４００〜６００Hzの周波数区間と、６００〜８００Hzの周波数区間とで、n個の全てのω−Ｄx（ω）図を区切る。
そして、各図においてＤx（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定する。図４においてＤk（ω）の最大値は０．９程度であるので、その３０〜７０％（好ましくは４０〜６０％、より好ましくは０．５程度）の間に含まれる値（Ｄk（ω）＝０．５）を閾値として設定した。この閾値を図４中に直線２０として示す。
【００２６】
次に、n個のω−Ｄx（ω）図の少なくとも１つにおいてＤx（ω）の値が閾値（ここでは０．５）以上である部分を含む周波数区間を抜き出す。図４では、２００〜４００Hzの周波数区間、４００〜６００Hzの周波数区間、および６００〜８００Hzの周波数区間の全てが、Ｄx（ω）の値が閾値以上である部分を含んでいるので、これらの全ての周波数区間を抜き出すが、n個のω−Ｄx（ω）図の少なくとも１つにおいてＤx（ω）の値が閾値以上である部分を含む周波数区間を抜き出す。n個のω−Ｄx（ω）図の少なくとも１つにおいてＤx（ω）の値が閾値以上である部分を含む周波数区間を全て抜き出すことが好ましいが、一部の周波数区間のみを抜き出してもよい。抜き出した周波数区間の数をm個とする。
なお、図４では２００Hzの同一間隔で区間を区切ったが、２００Hzでなくてよく、また、同一間隔で区切る必要もない。例えば、１つの目の周波数区間を１００Hzの幅で区切り、２つの目の周波数区間を３００Hzの幅で区切ってもよい。ただし、２００Hz程度の同一間隔で区間を区切ることが好ましい。
【００２７】
次に、抜き出した周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆy-1、終りの周波数（ω）をｆy（yは１〜mの整数である。）とする。例えば、２００〜４００Hzの周波数区間、４００〜６００Hzの周波数区間、および６００〜８００Hzの周波数区間を抜き出した場合、２００〜４００Hzの周波数区間の初めの周波数（ω）はｆ0＝２００Hz、終りの周波数（ω）はｆ1＝４００Hzであり、４００〜６００Hzの周波数区間の初めの周波数（ω）はｆ1＝４００Hz、終りの周波数（ω）はｆ2＝６００Hzであり、６００〜８００Hzの周波数区間の初めの周波数（ω）はｆ2＝６００Hz、終りの周波数（ω）はｆ3＝８００Hzである。
そして、次式（１）によってＧx（ωy）を求める。
【００２８】
【数３】
0005563894.tif 000004
【００２９】
つまり、図４において、Ｇx（ω1）は周波数が２００〜４００Hzの区間におけるＤx（ω）の積分値を意味し、Ｇx（ω2）は周波数が４００〜６００Hzの区間におけるＤx（ω）の積分値を意味し、Ｇx（ω3）は周波数が６００〜８００Hzの区間におけるＤx（ω）の積分値を意味する。
【００３０】
なお、この工程は、n個作成された前記ω−Ｄx（ω）図の各々において、Ｄx（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、Ｄx（ω）における前記閾値以上の部分の面積を求め、さらにn個作成された前記ω−Ｄx（ω）図の各々について、同一の周波数区間でm個に区切り、周波数（ω）がｆy-1〜ｆy（yは１〜mの整数であり、ｆ0＝０である。）の各周波数区間における前記面積をＧx（ωy）とする工程に入れ替えてもよい。この工程においてＧx（ωy）は、Ｄx（ω）における閾値以上の部分の積分値（面積）を意味することとなる。
【００３１】
次に、本発明の探知方法は、特定の情報処理を行う工程として、周波数（ω）がｆy-1〜ｆyである場合の、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωy）を、実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置して示す振動速度分布図yを作製する工程を備える。
なお、本発明の非接触音響探知システムでは、振動速度分布図yを表示部（ディスプレイ等）に表示することができる。また、本発明のプログラムでは、振動速度分布図yを表示部（ディスプレイ等）に表示する。
【００３２】
この工程について、図５を用いて具体的に説明する。
図５に示すように、この工程では、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωy）（yは１〜mの整数である。）を、図２に示したような実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置して示す。図５は、y＝１の場合、すなわち、周波数（ω）がｆ0〜ｆ1（図４で示した例に当てはめると２００〜４００Hzの場合）の、測定箇所ＰxにおけるＧx（ω1）を、図２に示した実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置した振動速度分布図１である。図５に示す振動速度分布図１のＧ1（ω1）〜Ｇn（ω1）の位置に、Ｇ1（ω1）〜Ｇn（ω1）の実際の数値を示してもよいし、その数値の大きさを色で示してもよい。例えば、後に説明する図９はＧ1（ωy）〜Ｇn（ωy）の数値を色で示した振動速度分布図の実例である。図９（ａ）〜（ｄ）では、白色に近いほどＧx（ωy）の値が大きく、黒色に近いほどＧx（ωy）の値が小さいが小さいことを示している。すなわち、白色部分を構成する測定箇所のＧx（ωy）が大きいことを示している。
【００３３】
次に、本発明の探知方法は、特定の情報処理を行う工程として、振動速度分布図y（yは１〜mの整数）の各々を構成するＧ1（ωy）〜Ｇn（ωy）について、Ｇ1（ωy）〜Ｇn（ωy）の平均値であるＧave（ωy）を求め、Ｇ1（ωy）〜Ｇn（ωy）についてＧave（ωy）の２倍以上（好ましくは４倍以上、より好ましくは６倍以上、より好ましくは８倍以上、さらに好ましくは１０倍以上）のものの個数をＱyとし、２倍以上（好ましくは４倍以上、より好ましくは６倍以上、より好ましくは８倍以上、さらに好ましくは１０倍以上）のものの平均をＧr（ωy）とし、さらにＱyとＧr（ωy）との積を求め、この積が大きい振動速度分布図s（１≦s≦m）を選択し、その振動速度分布図sの周波数区間であるｆs-1〜ｆsを特定する工程を備える。
【００３４】
この工程について具体的に説明する。
この工程では、例えば図５に示すような振動速度分布図１を構成するＧ1（ω1）〜Ｇn（ω1）について、Ｇ1（ω1）〜Ｇn（ω1）の単純平均値であるＧave（ω1）を求める。そして、Ｇ1（ω1）〜Ｇn（ω1）についてＧave（ω1）の２倍以上のものの個数をＱ1とし、２倍以上のものの平均をＧr（ω1）とし、さらにＱ1とＧr（ω1）との積を求める。
次に、ここで示した振動速度分布図１についての作業を、振動速度分布図２〜mについて同様に行い、Ｑ2とＧr（ω2）との積、Ｑ3とＧr（ω3）との積・・・ＱmとＧr（ωm）との積を求める。
そして、Ｑ1とＧr（ω1）との積、Ｑ2とＧr（ω2）との積、Ｑ3とＧr（ω3）との積・・・ＱmとＧr（ωm）との積の中から、最も値が大きいものを選び出し、それに対応する振動速度分布図ｓ（ｓは１〜mの中の整数）を選び出す。例えば、Ｑ1とＧr（ω1）との積、Ｑ2とＧr（ω2）との積、Ｑ3とＧr（ω3）との積・・・ＱmとＧr（ωm）との積の中で、最も値が大きいものがＱ1とＧr（ω1）との積であった場合、これに対応する振動速度分布図１を選び出す。
そして、この振動速度分布図ｓの周波数区間であるｆs-1〜ｆsを特定する。例えば積が最も大きいものとして振動速度分布図１を選び出した場合、周波数区間ｆ0〜ｆ1を特定する。
なお、ここでは理解に容易にするために、ＱyとＧr（ωy）との積が最も大きい振動速度分布図s（１≦s≦m）を選択する旨を記したが、１つの振動速度分布図の中に複数の探知対象物が存在する場合（特に複数の種類が異なる探知対象物が存在する場合）、ＱyとＧr（ωy）との積が大きい複数の周波数区間を選び出す。
【００３５】
次に、本発明の探知方法は、特定の情報処理を行う工程として、  Ｇ1（ωs）〜Ｇn（ωs）の各々がＧave（ωs）の２倍以上（好ましくは４倍以上、より好ましくは６倍以上、より好ましくは８倍以上、さらに好ましくは１０倍以上）となる測定箇所の振動速度の平均をＢ（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］とし、このＢ（ω）と周波数区間がｆs-1〜ｆsの場合の前記Ａ（ω）とから、相対的な振動速度差の規格値であるＣ（ω）をＣ（ω）＝（Ｂ（ω）−Ａ（ω））／Ｂ（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］と定義し、周波数（ω）とＣ（ω）との関係をω−Ｃ（ω）図に示す工程を備える。
なお、本発明の非接触音響探知システムでは、ω−Ｃ（ω）図を表示部（ディスプレイ等）に表示することができる。また、本発明のプログラムでは、ω−Ｃ（ω）図を表示部（ディスプレイ等）に表示する。
【００３６】
この工程について具体的に説明する。
例えば、前工程で、積が最も大きいものとして振動速度分布図１を選び出し、周波数区間ｆ0〜ｆ1を特定した場合（つまり、s＝１とした場合）、Ｇ1（ω1）〜Ｇn（ω1）の中から、これらの平均値であるＧave（ω1）の２倍以上となるものを選び出し、選び出したものに対応する測定箇所を特定する。例えば、Ｇ1（ω1）〜Ｇn（ω1）の中でＧave（ω1）の２倍以上となるものがＧ5（ω1）およびＧ6（ω1）であったならば、これに対応する測定箇所であるＰ5およびＰ6を特定する。そして、Ｐ5およびＰ6の振動速度であるＥ5（ω）およびＥ6（ω）の平均をＢ（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］とする。さらに、周波数区間がｆ0〜ｆ1である場合の、Ｐ1〜Ｐnにおける振動速度であるＥ1（ω）〜Ｅn（ω）の平均値をＡ（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］とし、Ｃ（ω）をＣ（ω）＝（Ｂ（ω）−Ａ（ω））／Ｂ（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］の式から求め、周波数（ω）［ωはｆs-1〜ｆs］とＣ（ω）との関係をω−Ｃ（ω）図に示す。この図が次に説明する図６である。
【００３７】
次に、本発明の探知方法は、特定の情報処理を行う工程として、前記ω−Ｃ（ω）図において、Ｃ（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値とし、Ｃ（ω）における前記閾値以上の部分を構成する周波数区間の各々においてＣ（ω）をωについて積分し、得られた積分値が最も大きい周波数区間を選択し、その周波数区間であるｆt〜ｆuを最適応答周波数帯とする工程を備える。
【００３８】
この工程について図６を用いて具体的に説明する。
図６は、ωとＣ（ω）との関係図（概念図）である。このような図において、Ｃ（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定する。図６においてＣ（ω）の最大値は０．９５程度であるので、その３０〜７０％の間に含まれるＣ（ω）＝０．５を閾値とし、図６中に直線３０として示した。
次に、Ｃ（ω）における前記閾値以上の部分を構成する周波数区間の各々においてＣ（ω）をωについて積分する。図６では、閾値以上の部分を構成する周波数区間は、ｆα1〜ｆα2とｆβ1〜ｆβ2との２つであるので、各々においてＣ（ω）をωについて積分する。例えばｆα1〜ｆα2の周波数区間であれば、次の式で積分値αを得ることができる。
【００３９】
【数４】
0005563894.tif 000005
【００４０】
次に、得られた積分値が最も大きい周波数区間を選択し、その部分を構成する周波数区間であるｆt〜ｆuを最適応答周波数帯とする。図６に示す場合は、ｆβ1〜ｆβ2の周波数区間よりも、ｆα1〜ｆα2の周波数区間の方が得られた積分値が大きいので、この周波数区間を最適応答周波数帯とし、この周波数区間をｆt〜ｆuとする。すなわち、ｆα1をｆtとし、ｆα2をｆuとする。
【００４１】
本発明の探知方法は以上に説明した各工程を備える方法であるが、次に説明する工程をさらに備えることが好ましい。
【００４２】
本発明の探知方法は、特定の情報処理を行う工程として、前記最適応答周波数帯から、次式（２）によってＧx（ωz）を求め、さらに、周波数（ω）が最適応答周波数帯（ｆt〜ｆu）である場合の、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωz）を実際のＰ1、Ｐ2・・・Ｐx・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置した、振動速度分布図zを作製し、前記物体における前記探知対象物の位置を特定する工程を備えることが好ましい。
なお、本発明の非接触音響探知システムでは、振動速度分布図zを表示部（ディスプレイ等）に表示することが好ましい。また、本発明のプログラムでは、振動速度分布図zを表示部（ディスプレイ等）に表示することが好ましい。
【００４３】
【数５】
0005563894.tif 000006
【００４４】
この工程について具体的に説明する。
例えば、前工程で求めた最適応答周波数帯が１５０〜２００Hzであった場合（つまり、ｆt＝１５０Hz、ｆu＝２００Hzであった場合）、この区間におけるＤx（ω）の積分値であるＧx（ωz）を、式（２）によって求める。
そして、周波数（ω）が１５０〜２００Hzである場合の、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωz）を実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置した、振動速度分布図zを、図５を用いて説明した方法と同様に作製する。図１１は作成した振動速度分布図の実例である。この図では、Ｇx（ωz）の大きさを色によって示している。例えば図１１の左上の白色に近い部分は、Ｇx（ωz）が大きいことを示している。これによって、前記物体における前記探知対象物の位置を特定することができる。
【００４５】
なお、この工程では、周波数がｆt〜ｆuに含まれるバースト波を照射して、測定箇所ＰxにおけるＧx（ωz）を実際のＰ1、Ｐ2・・・ＰX・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置した、振動速度分布図zを作製し、前記物体における前記探知対象物の位置を特定することが好ましい。
具体的には、例えば最適応答周波数帯が１５０〜２００Hzである場合、１７５Hz程度のバースト波を照射すると、探知対象物の位置を正確に特定しやすい。
【実施例】
【００４６】
本発明の実施例を説明する。
【００４７】
１．探知方法
図１に示した装置を用い、音波発信源から照射した音波によって励起した地表面の振動をレーザドップラー振動計（ポリテック社製、ＰＳＶ４００−Ｈ８）によって取得した。このレーザ振動計が取得する振動は地表面の垂直方向振動である。もし地表面付近に埋設物が存在すると、その埋設物と周囲の土壌の振動特性に差が生じる。音波発信源としては、平面スピーカ(ＦＰＳ Ｃｏｒｐ, ２０３０Ｍ３Ｐ１Ｒ)を２個使用し、図１に示すように互いに向い合う位置に配置にした。第二種縦波を発生させるため、平面スピーカを約２０度傾けた状態で実験を行った。
【００４８】
２．実験セットアップ
粒径３００μm前後に粒径を揃えた砂を用いた研究室内の砂槽(１１０cm×１３５cm×５０cm)にて実験を行った。実験セットアップ図を図７に示す。埋設物（探知対象物）には中空プラスチック容器（１１cm×１１cm×６cm、８５g）、砂糖詰めプラスチック容器（１１cm×１１cm×６cm、５４０g)、皿状の素焼き鉢（直径１１cm×４．５cm、２２５g）および石(５．５cm×６．５cm×２．７cm、２１０g)の計４種類を用いた。プラスチック容器に砂糖を詰めた理由は、地雷に使用されているＴＮＴ火薬に比較的比重が近いためである。なお素焼き鉢の底面中央には１．５cmの穴が開いており、形状から裏面を上にして埋設した。図８に各埋設物を示す。埋設深度は全て２cmとし、送振波形は１秒間出力のnoise波(white noise)を用いた。noise波を用いた理由は、様々な周波数成分を含むためである。
【００４９】
３．応答周波数帯を用いた最適周波数帯の検出方法
３．１  応答の規格化
周波数に応じた振動速度を、各スキャンポイント（「測定箇所」を以下では「スキャンポイント」ともいう。）における振動速度であるＥx（ω）と、全スキャンポイントの振動速度の平均であるＡ（ω）を用いて、Ｄx（ω）＝（Ｅx（ω）−Ａ（ω））／Ｅx（ω）から、周波数毎に規格化した。図３（ａ）に１ポイントと全ポイント平均の周波数に応じた振動速度のグラフの実例を示す。また、図３（ｂ）に規格化結果の実例を示す。Ｄ(ω)の値を全て映像化に用いるとノイズ応答が多くなる。そのためここでは簡単のため、Ｄ(ω)の値が最大値である１の半値（０．５）以上の値を示した場合のみを抽出し、ノイズ応答の除去を行った。
【００５０】
３．２  最適周波数帯の検出
任意の周波数範囲内で、抽出された半値以上の応答を式（１）より積分する。この作業を各ポイントで行い、積分値を用いてＧx（ωy）の映像（振動速度分布図）を作成する。実際の中空プラスチック容器埋設時の、２００Hz刻みの範囲内で０から８００Hzまで映像化した結果を図９（ａ）〜（ｄ）に示す。図９（ａ）〜（ｄ）の結果を見ると、（ａ）の０〜２００Hzがもっとも良く映像化できている。図９（ａ）〜（ｄ）の振動速度分布図の各々を構成するＧ1（ωy）〜Ｇn（ωy）について、Ｇ1（ωy）〜Ｇn（ωy）の平均値であるＧave（ωy）を求め、Ｇ1（ωy）〜Ｇn（ωy）についてＧave（ωy）の２倍以上のものの個数をＱyとし、２倍以上のものの平均をＧr（ωy）とし、さらにＱyとＧr（ωy）との積を求めたところ、図９（ａ）の振動速度分布図の積が最も大きかった。この振動速度分布図の周波数区間であるｆs-1〜ｆsを０〜２００Hzと特定した。
【００５１】
次に応答の確認できた数ポイントの平均（Ｂ（ω））と、全ポイント平均（Ａ（ω））の周波数応答を、Ｃ（ω）＝（Ｂ（ω）−Ａ（ω））／Ｂ（ω）の式から規格化し、埋設物の最適応答周波数帯を調べた。最適応答周波数帯の確認は規格化結果の、０．５以上の値を示した周波数の値のみを輝度映像化することで行った。図１０に輝度映像例を示す。輝度映像化の結果を見ると、およそ１５０から２００Hzの間で高い応答を示していることが見て取れる。周波数（ω）とＣ（ω）との関係をω−Ｃ（ω）図に示し（ωはｆs-1〜ｆs）、ω−Ｃ（ω）図において、Ｃ（ω）＝０．５を閾値とし、Ｃ（ω）における閾値以上の部分を構成する周波数区間の各々においてＣ（ω）をωについて積分し、得られた積分値がが最も大きい部分を選択したところ、その部分を構成する周波数区間は１５０〜２００Hzであった。したがって、ｆt＝１５０Hz、ｆu＝２００Hzとした。
【００５２】
そこで再度その周波数帯で計算を行い、最適周波数範囲にてスキャンエリアの映像化を行った。図１１に最適周波数範囲での映像化結果を示す。図１１を見るとノイズ応答のほとんど見られない、クリアな映像化が行えていることが見て取れる。このようにして埋設物の応答周波数帯から映像化を行うのに最適な周波数帯を調べ、埋設物の検出を行った。
【００５３】
４．各埋設物の検出結果
４．１  中空プラスチック容器
図１２に中空プラスチック容器埋設時の輝度映像化結果、埋設位置、最適周波数帯の映像化結果を示す。応答周波数帯を詳細に見ると１１０Hzから１８０Hzにて高い応答を示していることが分かる。そこでその範囲内で映像化を行った結果、より鮮明な映像化が行えた。
【００５４】
４．２  砂糖を詰めたプラスチック容器
図１３の砂糖を詰めたプラスチック容器の結果では、２００Hzから２２５Hzに掛けて応答が見られる。砂糖が内部に詰まっているため、中空のものから応答周波数帯が変化したのではないかと考えられる。（ｃ）の最適周波数範囲の映像化結果では、埋設物の大きさに対して若干ではあるが小さく映像化されている。これは埋設物上ではあるが、応答が微弱であったポイントがあったためと思われる。
【００５５】
４．３  素焼き鉢
図１４の素焼き鉢の応答周波数帯は９５０Hzから１２２５Hzに掛けて見られ、プラスチック容器の応答周波数帯よりも高い周波数帯で応答していることが分かる。１１００Hzの辺りで一度応答が途切れるものの、幅広い範囲で応答していることが見て取れる。特に１０５０Hz近辺と１１７５Hz近辺の二箇所で高く応答している。（ｃ）の最適周波数帯での映像化結果を見ると、若干ノイズ応答が見られるが、埋設位置に応答があることが確認できる。
【００５６】
４．３  石
図１５の石の応答周波数帯は素焼き鉢のものとほとんど変わらないことが見て取れる。素焼き鉢の応答周波数帯に対し、石の応答周波数帯は９９０Hzから１０７５Hzに掛けて、また１１００Hzから１２００Hzに見られる。
また１１００Hz近辺の応答の途切れが素焼き鉢の結果よりも顕著に見られるという違いがある。素焼き鉢と同様に、１０５０Hz近辺と１１７５Hz近辺で高く応答していることが分かる。（ｃ）の最適周波数範囲の映像化結果では、素焼き鉢と同じようにノイズ応答が見られるものの、埋設物を確認することができた。
【００５７】
５．まとめ
埋設物の応答周波数帯を用い、スキャンエリア中からの埋設物の検出、識別が行えるか検討した。結果として各埋設物の映像化が行え、本手法が有効であることを確認した。プラスチック容器の応答周波数帯が砂糖を詰めることによって微妙に変化することが分かった。またプラスチック容器と比較して素焼き鉢と石の応答周波数帯は高い周波数帯にあることが分かった。これは密度による影響であると考えられる。今回の実験結果からプラスチック容器のように内部に空洞を持つ物体の応答周波数帯は低くなり、素焼き鉢や石など内部まで密に詰まっている物体の応答周波数帯は高くなることが明らかになった。このことから、探査ターゲットの選択的探査が可能だと思われる。また探査結果から、掘り返すことなく埋設物を識別することも不可能ではないと考えられる。
【符号の説明】
【００５８】
１    被照射体
３    探知対象物
１０    本発明の非接触音響探知システム
１１    音響発信源
１３    計測器
１３１  レーザ
１５    コンピュータ
１５１  解析装置
１５２  制御装置
１５３  表示部
１７    任意波形発生装置
１９    アンプ
２０    閾値
３０    閾値
【図１】
0005563894.tif 000009
【図２】
0005563894.tif 000010
【図４】
0005563894.tif 000011
【図５】
0005563894.tif 000012
【図６】
0005563894.tif 000013
【図３】
0005563894.tif 000014
【図７】
0005563894.tif 000015
【図８】
0005563894.tif 000016
【図９】
0005563894.tif 000017
【図１０】
0005563894.tif 000018
【図１１】
0005563894.tif 000019
【図１２】
0005563894.tif 000020
【図１３】
0005563894.tif 000021
【図１４】
0005563894.tif 000022
【図１５】
0005563894.tif 000023